Ближайшие перспективы использования генотерапии

Какие же еще заболевания человека можно рассматривать в качестве ближайшей перспективы для генотерапии? Как упоминалось выше, ретинобластома (онкологическое заболевание, при котором поражаются зародышевые клетки сетчатки глаза) возникает вследствие двух независимых мутационных событий. Первая мутация передается по наследству в виде доминантного признака, а вторая возникает в соматических клетках в процессе развития организма. У 25% пациентов наследуемое нарушение является делецией, затрагивающей участок хромосомы 13q14, а пациенты с нормальным кариотипом содержат делецию в локусе RB1, обнаруживаемую гибридизацией по Саузерну. Для пациентов с делециями в локусе RB1 характерна предрасположенность и к другим онкологическим заболеваниям. Риск заболевания ретинобластомой детей у родителей с делециями в локусе RB1 может быть существенно уменьшен, если в клетки зародышевой линии родителей ввести недостающий участок генома. Аналогичные результаты могут быть получены при лечении болезни Леша–Нихана методами генотерапии на клетках зародышевой линии. Данный синдром вызывается дефицитом фермента пуринового метаболизма гипоксантин-гуанозинфосфорибозилтрансферазы. У пациентов идентифицированы 17 независимых мутаций в гене, расположенном на длинном плече X-хромосомы и кодирующем этот фермент.

Хорошо изучена также этиология болезни Тэя–Сакса. Для пациентов характерно полное отсутствие активности b-гексозаминидазы, что сопровождается накоплением ганглиозидов или сложных сфинголипидов в лизосомах. Несмотря на разнообразие клинических проявлений болезни обнаружены только две мутации в гене b-гексозаминидазы, одна из которых является вставкой 4 п.о. в экзоне 11, а другая расположена в сайте сплайсинга интрона 12.

Метахроматическая лейкодистрофия характеризуется дефицитом арилсульфатазы A и наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Субстратом фермента является гликолипид цереброзидсульфат, который входит в состав миелина. Во время заболевания цереброзидсульфат накапливается в лизосомах, что приводит к прогрессирующей демиелинизации нейронов. Ген арилсульфатазы A локализован на хромосоме 22. Три мутации описаны в аллеле I этого гена: две из них, расположенные в кодирующей части, приводят к замене Tyr-193®Ser, а третья нарушает донорный сайт сплайсинга на границе экзона 2. Таким образом, превентивная генотерапия трех вышеперечисленных наследственных заболеваний потребовала бы точной замены мутантных аллелей на нормальные в клетках зародышевой линии носителей этих мутаций.

В отличие от генотерапии на уровне клеток зародышевой линии генотерапия с использованием соматических клеток сопряжена с меньшими трудностями и потенциально может быть применена для лечения ряда генетических заболеваний. Одним из существенных преимуществ работы с соматическими клетками является меньшая опасность от внесения в геном соматических клеток мутаций вследствие инсерционного мутагенеза. Это связано с тем, что распространение таких мутаций будет ограничено сравнительно небольшим клоном соматических клеток. Большинство предложений по генотерапии с использованием соматических клеток связано в настоящее время с лечением онкологических заболеваний.

Возможность применения генотерапии, объектом которой будут клетки зародышевой линии человека, ставит ряд этических проблем. Прежде всего, при современном уровне развития генетики неизбежен большой риск внесения наследуемых повреждений в геном человека, и такие повреждения будут носить необратимый характер. Кроме того, с развитием генотерапии будет возникать соблазн использования ее достижений для усиления физических возможностей человека. Генетические и социальные последствия такого рода вмешательства в генетическую природу человека в настоящее время непредсказуемы. Исходя из этого, более безопасной представляется генотерапия с использованием генов соматических клеток человека, и именно здесь успехи генной инженерии возможны в ближайшее время.

Успехи генотерапии в модельных экспериментах

В последнее время получены впечатляющие результаты и по коррекции дефектов на генном уровне с помощью направленного переноса генов в клетки мышей. Одним из таких примеров является успешная генотерапия мышей с синдромом shiverer (дрожание конечностей). У этих мышей имеется мутация в гене, кодирующем основной белок миелина, что фенотипически проявляется в виде тремора и конвульсий. Введение гена дикого типа в клетки зародышевой линии больных мышей приводило к рождению фенотипически здоровых особей. У потомства карликовых мышей, не способных синтезировать гормон роста и развившихся из клеток зародышевой линии, в которые ввели гибридный ген металлотионеина и ген гормона роста крыс, наблюдали восстановление способности к нормальному росту и развитию. Путем введения в клетки зародышевой линии гена дикого типа гонадотропин-рилизинг-гормона удалось восстановить репродуктивную способность у потомства мышей, родители которых были стерильны из-за отсутствия у них этого гормона и, как следствие, недоразвития гонад. В подобных же опытах введение клонированных b-глобиновых генов человека в клетки мышей с b-талассемией сопровождалось восстановлением нормального фенотипа у клеток красной крови и коррекцией анемии. Для мышей, моделирующих сцепленную с X-хромосомой недостаточность по орнитинтранскарбомоилазе, характерны облысение, изменение формы волос и повреждение кожи. Нормальный фенотип восстанавливался у потомства мышей, развившихся из клеток зародышевой линии, в которые был введен ген транскарбомоилазы дикого типа. При этом восстанавливалась даже нормальная экскреция оротовой кислоты. Интересные результаты были получены при попытке проведения генотерапии у мышей с синдромом диабета линии NOD (nonobese diabetic), заболевание которых, по-видимому, имеет аутоиммунную этиологию, что обусловлено дефектными генами главного комплекса гистосовместимости. У трансгенных мышей, экспрессирующих нормальные гены, не наблюдали воспалительных реакций в островках Лангерганса панкреатической железы и синдрома диабета.

На мышах моделировали также синдром мукополисахаридоза типа VII, для которого характерно нарушение ступенчатой деградации глюкозаминогликанов в лизосомах. Введение нормального гена b-глюкуронидазы человека таким мышам приводило к коррекции как фенотипа, так и самого биохимического нарушения, приводящего к этому фенотипу.